厚大断面球铁件凝固过程的数值模拟

论文摘要

本文采用PROCAST软件对球铁核乏燃料容器铸件凝固过程进行数值模拟,并探讨其工艺改进。方案一的铸造工艺没有采用任何强制冷却措施,结果表明,球铁核乏燃料容器铸件的凝固时间为84141s,凝固时间极长,球化衰退极为严重；方案二,在对球铁核乏燃料容器铸件设置合理的冷铁后进行凝固过程模拟,铸件的凝固时间为10602s,凝固时间较之方案一缩短了87%,因此,冷铁的加入能有效的缩短铸件的凝固时间,但是方案二的模拟结果仍然无法达到实验的要求；方案三,针对方案二的不足,对铸件的中心部位设置合理的冷却水管后进行凝固过程模拟,结果表明,铸件的凝固时间为10409s,虽然方案三较之方案二的凝固时间有所减小,但是仅仅在中心部位新加入的冷却水管难以有效减小铸件的凝固时间,铸件上部中心位置为最后凝固区域,此位置还有轻微的球化衰退现象；方案四,在方案三的基础上,优化了水冷工艺,在铸件上部的外侧添加冷却水管,并对凝固过程进行模拟,铸件的凝固时间为7167s,铸件能够在要求的时间内完全凝固,避免了球化衰退对球铁核乏燃料容器铸件的组织和性能的影响。通过使用PROCAST软件,对采用不同强制冷却方式的球铁核乏燃料容器铸件凝固过程进行数值模拟,并对工艺的合理性进行了预测,不断地对工艺进行优化,最终得到了合理的铸造工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及目的意义
• 1.2 厚大断面球铁件的研究及应用现状
• 1.3 铸造数值模拟的研究现状以及发展
• 1.3.1 国外铸造数值模拟的研究现状
• 1.3.2 国内铸造数值模拟的研究现状
• 1.3.3 铸造数值模拟的发展及应用
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 计算机模拟的原理和强制冷却工艺
• 2.1 基于有限元的网格剖分原理
• 2.2 充型过程数值模拟的原理
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 体积函数方程
• 2.2.5 SOLA-VOF法模拟充型过程
• 2.3 凝固过程数值模拟的原理
• 2.3.1 铸件凝固传热数值模型控制方程
• 2.3.2 铸件凝固传热初始条件
• 2.3.3 铸件凝固传热边界条件
• 2.3.4 铸件凝固数值模型潜热处理
• 2.4 强制冷却系统的确定
• 2.4.1 外冷铁的确定
• 2.4.2 芯子部分冷铁的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 核乏燃料容器铸件模拟的前处理
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟流程图
• 3.3 三维实体模型特点
• 3.4 网格剖分
• 3.5 铸造工艺参数的设定
• 3.6 本章小结
• 第4章 数值模拟过程及结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 方案一凝固过程数值模拟
• 4.2.1 方案一的铸造工艺
• 4.2.2 方案一凝固过程温度场分布
• 4.3 方案二凝固过程数值模拟
• 4.3.1 方案二的铸造工艺
• 4.3.2 方案二凝固过程温度场分布
• 4.4 方案三凝固过程数值模拟
• 4.4.1 方案三的铸造工艺
• 4.4.2 方案三凝固过程温度场分布
• 4.5 方案四凝固过程数值模拟
• 4.5.1 方案四的铸造工艺
• 4.5.2 方案四凝固过程温度场分布
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢